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2018年度“中国高等学校十大科技进展”入选项目介绍

来源: 作者: 日期:2018-12-26 访问次数: 字号:[ ]

(按申报学校拼音顺序排序,排名不分先后)

  一、视频编码国家标准AVS2支撑中央电视台播出超高清电视

  人类获取信息三分之二来自视觉,视频已经成为现代社会主要信息形态。视频编码也称视频压缩,是视频应用的前提。以4K超高清视频为例,分辨率3840×2160,每秒50帧,原始视频每秒超过12G比特,必须高效压缩才能进入存储和传输系统。

  针对超高清视频高效编码问题,由北京大学高文院士牵头,以数字音视频编解码技术标准工作组为依托,通过产学研用深度协作,组织制定了第二代视频编码标准AVS2,2016年颁布为广播电视行业标准和国家标准,2018年颁布为IEEE国际标准,并被全球超高清联盟采纳。AVS2突破了时空预测、层次变换、分组熵编码和自适应环路滤波等关键技术,对电视类视频的压缩效率达300倍,在前一代标准基础上翻了一番,对监控类视频的编码效率更是达到600倍,处于国际领先水平。

  围绕AVS2标准,构建了从技术创新、专利许可、标准制定、芯片研制、系统开发和应用推广的生态圈,从技术源头上掌握了视频产业发展的主动权。2018年,中央电视台采用AVS2正式开播4K超高清电视,至今已在15个省区市有线电视网络落地,并在电信等行业得到应用,受众数亿,标志着中国正式进入超高清电视时代。

  二、炎症性免疫反应的新型分子与细胞机制

  从新型分子及新型细胞发现的视角去研究炎症性免疫反应,将为炎症免疫疾病诊治提供候选靶标和新方法,一直以来是免疫学界重大前沿课题。北京协和医学院曹雪涛团队在天然免疫与炎症领域开展了系统性创新性研究,发现了数个调控免疫炎性启动或消退的新型分子和细胞及其作用机制:发现新型长链非编码RNA lnc-lsm3通过“分子诱饵”竞争机制使天然免疫受体不再与病毒RNA结合,提出自我免疫识别可反馈性地及时触发消炎效应、进而维持机体自身稳定的新机制新观点,为炎症疾病防治研究提供新思路;发现DNA甲基化氧化酶Tet2能够作用于免疫分子RNA,促进炎症免疫细胞数量增加,揭示Tet2参与基因表达转录后调控的新模式,为防治炎症疾病提供了新思路和潜在靶标;揭示干扰素受体IFNγR2从胞内合成至转运到细胞膜上形成功能性受体的关键途径,为巨噬细胞激活与炎症性疾病发生与治疗提出了新思路;系统分析晚期癌症宿主免疫细胞异常变化,发现炎症状态下诱导产生的新型Ter细胞并揭示了其促进癌症恶性进展机制,为癌症诊治提供了提出新靶标新观点。

  以上研究成果于2018年相继在《Cell》和《Nature》等发表多篇论文,引起国际同行关注和高度评价,为探索炎症性疾病发病机制和临床治疗提供了理论依据和实践基础,进一步提升了我国免疫学研究的国际地位。

  三、世界首例无金属钙钛矿铁电体

  由于其丰富而优异的物理和化学性质,钙钛矿类材料一直吸引着研究者的关注。除了已发现的无机钙钛矿、有机无机杂化钙钛矿以外,有机钙钛矿(无金属钙钛矿)更是科学家们一直寻找的“圣杯”材料。

  来自东南大学、南昌大学的研究者们,将多年分子铁电体的合成经验与分子设计相结合,巧妙的将金属离子用带电分子基团所取代,终于合成出了17种全新的有机钙钛矿铁电材料。这些新型材料不但具有优异的铁电性和多极轴特性,更值得一提的是,通过调控有机基团的手性,团队合成了四种有机钙钛矿铁电体的左手对映体、右手对映体,并分别获得了其外消旋化合物,完美地实现了人们对旋光性钙钛矿材料的长久期盼。

  研究成果以长文的形式发表在《Science》上,并被多家国际科技媒体报道,受到研究者的广泛关注。该成果的发表标志着世界首例无金属钙钛矿铁电体在中国诞生,使我国在分子材料领域又一次走在了世界前列。

  四、万有引力常数G的精确测量

  万有引力常数G在物理学中扮演着十分重要的角色,它的测量在整个实验物理学中占据着特殊地位。尽管实验物理学家们围绕G值的精确测量付出了巨大努力,但截至目前其测量精度仍然是所有物理学常数中最差的。

  华中科技大学引力中心罗俊院士团队从上世纪八十年代就已开始采用扭秤技术精确测量G值,在该领域开展了大量的基础性研究工作。为了研究不同小组不同方法所测得G值不吻合这一问题,2009年开始该团队采用两种相互独立的方法同时测量引力常数G,在2018年发表的由两种独立的实验方法测得的G值,取得了目前国际上精度最高的实验结果,并且两个结果在3倍标准差范围内吻合。

  该研究成果在《Nature》上以长文发表,被国际同行评价为“精密测量领域卓越工艺的典范”,为提升我国在基本常数测量领域的话语权,并为国际上确定高精度G的推荐值做出实质性贡献。同时,在测G过程中自主研发出的一批高精端的仪器设备已在地球重力场的测量、地球物理勘探等方面发挥重要作用。

  五、“地壳一号”深部大陆科学钻探钻机关键技术及应用

  “上天不易,入地更难”,向地球深部进军,揭开地球深部奥秘,将为人类提供资源、能源和生存环境的保障。深部科学钻探工程是获取地球深部物质、了解地球内部信息最直接、最有效和最可靠的方法,是地球科学发展不可缺少的重要支撑,被誉为人类的“入地望远镜”。

  为满足我国地球深部探测工程的重大需求,在“深部探测技术与实验研究专项”等项目的资助下,吉林大学孙友宏教授团队联合四川宏华石油设备有限公司等单位,研发了我国首台“地壳一号”深部大陆科学钻探装备。先后攻克了高转速全液压顶部驱动钻井技术、高难度自动化摆排管技术、高速度钻杆柱自动拧卸和输送技术、高精度自动送进技术等四大关键技术,解决了我国科学钻探装备能力小、自动化程度低和钻探效率低等技术难题,填补了我国深部大陆科学钻探专用装备的空白。

  “地壳一号”钻机成功应用于“松辽盆地大陆科学钻探工程(松科二井)”,完钻井深7018m,创造了亚洲国家大陆科学钻探井深最新纪录。相关技术和装备还推广到油气钻井装备领域,产品出口到海外,经济社会效益显著。

  六、原子尺度测量材料轨道与自旋磁矩

  原子尺度的定量磁结构表征,测量原子的轨道与自旋磁矩,能使理解、预测与调控磁性材料的物理性能深入至原子层面。该问题是材料磁性表征领域面临的重大挑战,也是国际学界的难题。电子显微学作为材料科学的基本研究手段,可以获取原子尺度的结构信息,但在实现原子尺度磁表征方面仍存在相当困难。

  清华大学钟虓䶮团队多年来致力于发展分析电子显微学的基础研究,提出原子面分辨电子磁圆二色谱方法,突破性地实现了逐层原子面的磁成像,测量出原子尺度的轨道自旋磁矩比,将自旋表征磁圆二色谱的分辨率从微米纳米尺度推进到了原子尺度。通过建立原子尺度材料结构-成分-磁矩的关系,在国际上首次成功地将表征材料磁性的磁圆二色谱技术的分辨率从微米纳米尺度推进到了原子尺度。

  七、海上大型绞吸疏浚装备的自主研发与产业化

  海上大型绞吸疏浚装备是远海大规模快速填海造岛的国之重器,也是岛礁建设、一带一路港口建设等国家战略任务的紧迫需求,但其核心技术长期被国外公司垄断和封锁。

  上海交通大学“船舶与海洋工程设计团队”发明和研制了双螺旋刀臂载荷均化重型绞刀、变刚度顺应式双扼架钢桩台车和大过流通道扭曲叶片疏浚泵等核心装备,解决了海底坚硬岩礁高效挖掘、恶劣海况精确定位和大块物料远距离高浓度输送的世界性技术难题;提出负载平衡运行动力配置理念,研制实景集成疏浚监控系统;构建大型绞吸疏浚装备设计开发体系,研制了56座系列化绞吸疏浚装备,使我国形成绞吸疏浚装备的自主设计和制造能力,建成完整的产业链,实现了从“被封锁”到“出口管制”的跨越发展。2018年3月,该团队领衔研发的世界最大非自航绞吸疏浚装备“新海旭”正式开始疏浚作业,其总装机功率、绞刀功率和疏浚泵总功率等均大大超过国内外同类船,是我国自主设计和建造的大型绞吸疏浚装备的一个里程碑,标志着我国海上大型绞吸疏浚装备总体达到国际领先水平。

  八、新能源悬挂式空铁关键技术与试验线工程

  针对我国城市交通拥堵的社会难题和旅游景区观光需求,考虑到地铁、轻轨建设投资大、周期长的客观现实,以构建“分层次、多制式、功能互补”的综合轨道交通系统为出发点,实现地下、地面、空中立体化交通发展目标,西南交通大学翟婉明院士领衔“产学研用”协同创新团队,联合中唐空铁集团、中车、中铁等轨道交通企业,全新研发出一种占地少、投资小、工期短、安全性高、绿色环保的新能源悬挂式空中铁路交通成套技术,并在成都建成1.41公里长的世界首条新能源空铁试验线,经过3万余公里的实车运行试验及系统优化,获得成功,为缓解城市交通拥堵问题提供了一种创新性解决方案。

  该团队在国际上首创以锂电池为动力源的新能源悬挂式空铁系统,自主设计、制造了悬挂式空铁列车,构建了悬挂式列车-轨道梁桥空间耦合动态仿真设计平台,研发出新能源空铁关键装备—整体平移式道岔和轨道梁系统。主编的我国第一部工程建设地方标准《悬挂式单轨交通设计标准》于2018年正式颁布实施。应用本项目成套技术的我国第一条悬挂式空铁商业运营示范线在四川大邑开工建设。

  九、土壤-作物系统综合管理技术研究与应用

  绿色可持续发展是当今时代科技革命和产业变革的主要方向,践行农业绿色发展既是保障国家粮食和环境安全的迫切需求,更是落实党中央率先落实联合国可持续发展目标的重要举措。中国农业大学张福锁院士及其研究团队通过全国跨学科、跨部门的交叉研究,以高效利用光温资源的高产群体定量设计挖掘高产潜力、以定量调控根层水肥供应支撑高产群体实现资源高效,地上/地下协同突破绿色增产增效难题,创新了绿色种植理论与技术。全国玉米、水稻和小麦试验表明,技术增产20.6%、节肥14.5%、降低活性氮损失34.8%。

  该团队创建了以扎根农村的“科技小院”为核心、覆盖全国的“科教专家--政府推广--校企合作”的技术应用平台和组织新模式,解决了小农户技术应用的“最后一公里”难题。先后有1152名研究人员、20万名推广和企业人员,2090万农民参与了技术应用,10年累计推广3770万公顷,增加粮食生产3300万吨,减少氮肥用量120万吨。该团队创建了我国粮食主产区土壤-作物系统综合管理技术模式,创造了“可能会养活地球”的农业奇迹。

  十、靶向肿瘤微环境的抗肿瘤治疗新策略

  肿瘤微环境与恶性肿瘤的发生、治疗后复发及远处转移密切相关,靶向微环境开发肿瘤治疗新策略对改善恶性肿瘤疗效至关重要。

  宋尔卫团队根据其多年的保乳和术前新辅助治疗乳腺癌的经验,围绕抗肿瘤治疗对肿瘤微环境的改造作用和机制进行探索。发现了肿瘤微环境经历化疗后,富集出一群能耐受化疗并促进肿瘤复发的成纤维细胞,靶向干预该亚群成纤维细胞显著抑制肿瘤生成并提高化疗敏感性;治疗单抗介导的巨噬细胞吞噬作用可通过上调PDL1抑制抗肿瘤淋巴细胞的功能,导致免疫耐受,证实联合使用免疫节点抑制剂能明显增强单抗的治疗效果,从而提出联合单抗和免疫节点抑制的肿瘤治疗新策略;抗肿瘤淋巴细胞激活可上调长非编码RNANKILA,使其对死亡敏感,导致肿瘤免疫逃逸,在淋巴细胞回输治疗模型中沉默NKILA可提高免疫治疗效果,首次揭示lncRNA可作为免疫检查点分子。以上系列研究提示,肿瘤微环境决定着恶性肿瘤对化疗、单抗治疗以及免疫治疗的敏感性。

  研究成果发表在相关领域的重要学术刊物上,得到了国内外同行的高度认可,研究工作为研制新型肿瘤免疫治疗方法提供了理论依据和技术准备。


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